Урок 12. Три закона Ньютона

Собрать три закона Ньютона в одну систему: узнавать, какой закон нужен в задаче, находить ускорение и силу по второму закону, объяснять пары сил третьего закона и применять все три закона к двум взаимодействующим или связанным телам.

Если не сказано иначе, берём , трения и сопротивления воздуха нет.

Все уроки · Перейти к заданиям

Материалы к уроку

Главное

Первый закон (закон инерции). Существуют системы отсчёта, в которых тело сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения, если на него не действуют силы или действие сил скомпенсировано. Если равнодействующая равна нулю, ускорение равно нулю. Первый закон говорит, когда скорость не меняется.

Второй закон. Ускорение тела прямо пропорционально равнодействующей сил и обратно пропорционально массе, направление ускорения совпадает с направлением равнодействующей:

Второй закон говорит, как меняется скорость под действием сил. Если сил несколько, сначала находят равнодействующую

Третий закон. Тела действуют друг на друга с силами, равными по модулю и противоположными по направлению:

Это силы одной природы: если Земля притягивает яблоко, то и яблоко притягивает Землю; если груз растягивает нить, то и нить тянет груз. Важно: силы третьего закона приложены к разным телам, поэтому не уравновешивают друг друга и не складываются в равнодействующую. Они возникают и исчезают одновременно.

Силы равны, но ускорения разные: . У лёгкого тела ускорение больше, у тяжёлого меньше. Поэтому Земля, получив ту же силу, что и яблоко, движется с ничтожным ускорением. Для двух тел, взаимодействующих только друг с другом: , то есть .

Алгоритм для задачи с несколькими телами. 1) Нарисовать тела и силы, действующие на каждое. 2) Для каждого тела записать второй закон в проекции на выбранную ось. 3) Использовать третий закон: силы взаимодействия равны по модулю. 4) Решить систему и проверить единицы.

Связанные нитью тела на гладком столе: если нить нерастяжима и натянута, ускорения одинаковы. Тянем тело силой , второе тело тянет нить натяжением . Для всей системы , а для второго тела .

Наглядная схема

flowchart TD
    A["Что известно о силах?"] --> B{"Равнодействующая равна нулю?"}
    B -->|Да| C["Первый закон: v не меняется"]
    B -->|Нет| D["Второй закон: a = F / m"]
    D --> E{"Есть второе тело?"}
    E -->|Да| F["Третий закон: F12 = −F21"]
    F --> G["Силы приложены к разным телам"]
    E -->|Нет| H["Считаем ускорение одного тела"]
    classDef law fill:#d0ebff,stroke:#1971c2,color:#212529;
    class C,D,F,G law;

Тренировка по шагам

Сначала назови закон, затем выбери тело, запиши силы, действующие на него, и только потом считай.

Шаг 1. Какой закон

Определи закон Ньютона: а) пассажир автобуса наклоняется вперёд при резком торможении; б) тележку толкают с большей силой — её ускорение больше; в) при выстреле из ружья оно отдаёт назад.

Ответ ученика

Назови номер закона для каждой ситуации и коротко объясни.

Шаг 2. Равнодействующая равна нулю

Санки равномерно едут по ровной дороге. Что можно сказать о равнодействующей сил? Означает ли это, что на санки не действуют силы?

Ответ ученика

Различи «нет сил» и «силы скомпенсированы».

Шаг 3. Ускорение по силе

На тело массой 5 кг действует равнодействующая сила 20 Н. Найди ускорение.

Ответ ученика

Используй .

Шаг 4. Сила по ускорению

Автомобиль массой 1200 кг разгоняется с ускорением 1,5 м/с². Найди равнодействующую силу.

Ответ ученика

Выразим силу из второго закона.

Шаг 5. Лошадь и телега

Лошадь тянет телегу с силой 500 Н. С какой по модулю силой телега тянет лошадь? Как они направлены?

Ответ ученика

Примени третий закон, не опираясь на то, что телега «поддаётся».

Шаг 6. Почему они не уравновешиваются

Книга лежит на столе. Сила тяжести действует на книгу, сила реакции опоры тоже действует на книгу. Являются ли они парой сил третьего закона? Назови настоящую пару для силы тяжести.

Ответ ученика

Пара третьего закона приложена к разным телам.

Шаг 7. Яблоко и Земля

Земля притягивает яблоко массой 0,2 кг. С какой силой яблоко притягивает Землю? Почему движение Земли мы не замечаем?

Ответ ученика

Сначала найди силу тяжести, затем сравни ускорения.

Шаг 8. Две тележки

Между тележками массой 2 кг и 3 кг вставили сжатую пружину и отпустили. Сила взаимодействия 6 Н. Найди ускорения тележек.

Ответ ученика

Сила на каждую тележку одна и та же по модулю.

Шаг 9. Тела, связанные нитью

Тела массой 2 кг и 3 кг лежат на гладком столе и связаны нитью. К первому приложена сила 10 Н вдоль нити. Найди ускорение и силу натяжения нити.

Ответ ученика

Сначала ускорение системы, затем второй закон для второго тела.

Шаг 10. Несколько сил

На ящик массой 10 кг по гладкому горизонтальному полу действуют сила 30 Н вправо и сила 10 Н влево. Найди ускорение и его направление.

Ответ ученика

Сначала равнодействующая, затем .

Шаг 11. Груз на нити

Груз массой 3 кг неподвижно висит на нити. Найди силу натяжения нити и силу, с которой груз действует на нить. Какие законы нужны?

Ответ ученика

Связь с уроком о силе упругости: нить растянута.

Шаг 12. Исправь ошибку

Ученик написал: «Мяч действует на стену с силой 10 Н, а стена на мяч — с меньшей, ведь стена неподвижна». Найди ошибку и объясни.

Ответ ученика

Связана ли сила с тем, движется тело или нет?

Как оценить результат

Можно переходить дальше, если не менее 10 из 12 шагов выполнены верно, ученик называет нужный закон по ситуации, находит равнодействующую и ускорение, объясняет, что силы третьего закона приложены к разным телам и потому не уравновешивают друг друга, и решает задачу для двух связанных тел.

Вопросы ученика

Предыдущий урок · Следующий урок